РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Матеріали та об'єкти досліджень
2.1.1. Кремнеземні матриці та їх властивості.
Як носії використовували силікагелі (СГ) та одержаний з аеросилу макропористий кремнезем - силохром (СХ). Величини питомої поверхні, визначені методом теплової десорбції аргону, становлять для силікагелей 327 м2/г (L100/600, Chemapol) і 256 м2/г (Меrck), а для силохрому (АК 175-800) - 134 м2/г. На основі цих носіїв було синтезовано комплексотвірні модифіковані адсорбенти з прищепленими органічними реагентами.
2.1.2. Реактиви та розчинники.
Як модифікатори використовували 3-амінопропілтриетоксисилан (АПТЕС) та органічні реагенти - 8-оксихінолін (фірми Fluka), 4-(2-піридилазо)резорцин і 1-(2-піридилазо)-2-нафтол (фірми Меrck). В таблиці 2.1 наведено фізико-хімічні властивості органічних реагентів, які використовували у синтезі модифікованих кремнеземів [21, 105, 140]. Як розчинник використовували етанол.
Стандартні розчини готували розчиненням наважок солей іонів металів (Pb(NO3)2, ZnCl2, Zn(NO3)2, Cd(NO3)2, Hg(NO3)2,Co(NO3)2, CuSO4·5H2O, Fe2(SO4)3, Ni(NO3)2) марки "ч.д.а." та "х.ч. у дистильованій воді. За необхідністю, точні концентрації іонів металів у розчинах встановлювали титриметрично 0,01 н розчином ЕДТА з індикатором мурексидом. Розчин мурексиду з масовою часткою 0,05% готували розчиненням 0,025 г сухої речовини у 50 мл дистильованої води. Робочі розчини солей металів (10-3 М) готували відповідним розведенням стандартних розчинів дистилятом або розчином буферу з необхідним значенням рН.
Для приготування буферного розчину з рН=5,05 відміряли 161 мл 0,1 М розчину СН3СООН, додавали 339 мл 0,1 М розчину СН3СООNa і розводили дистилятом до 1000 мл. Для приготування буферного розчину з рН=9,8 у мірну колбу на 100 мл відміряли 36,3 мл 0,1 М розчину NaOH і доводили до мітки 0,05 М розчином бури.
Таблиця 2.1.
Деякі властивості органічних реагентів, що використовувались для іммобілізації на кремнеземних матрицях
РеагентрКдисIони, які визначаютьlgKутвВластивості
8-оксихінолінpK2 5,0
pK1 9,9Cd2+
Co2+
Cu2+
Ni2+
Zn2+
Fe3+7,2
9,1
12,2
9,9
8,6
12,3Світло-жовті кристали,
Тпл. 73-76оС,
Ткип. 266,9оС.
Нерозчинний у воді, розчинний у етанолі, етиловому ефірі, хлороформі, оцтовій кислоті.
Молекули поглинають при 317 нм, оксинати металів - при 380 нм
4-(2-піридилазо)
резорцин
pK3 3,0
pK2 5,5
pK1 12,1
Bi3+
Cd2+
Pb2+
Sc2+
Zn2+
Ni2+
Co2+
17,2
11,5
11,9
12,8
11,6
13,5
10,0Коричнево-червоні кристали, нерозчинні в етиловому ефірі, натрієва сіль розчинна у воді, етанолі, ацетоні. У водному розчині молекули мають максимуми поглинання при 383 нм.
Комплекси з іонами поглинають при 510, 530 нм.
1-(2-піридилазо)-2-нафтолрК2 2,9
рК1 11,5Co2+
Ni2+
Zn2+
Cu2+
Pd2+ 12,5
12,7
11,2
16,0
18,7Оранжево-червоні кристали; Тпл. 137°С; практично нерозчинний у воді. Розчиняється в органічних розчинниках з утворенням жовтих розчинів з максимумом поглинання при довжині хвилі 470 нм.
Розчин ПАР для фотометричного аналізу з концентрацією 0,025% готували розчиненням 0,0125 г сухого перекристалізованого порошкоподібного ПАР у 50 мл дистильованої води або в 0,03 М розчині тетраборату натрію (бури).
2.2. Обладнання та методи досліджень
Для дослідження фізико-хімічних характеристик одержаних модифікованих сорбентів та їх здатності до взаємодії з іонами металів було застосовано спектральні, титриметричні та адсорбційні методи дослідження.
2.2.1. Фотометричний та атомно-абсорбційний аналіз.
Атомно-абсорбційний аналіз ґрунтується на поглинанні резонансного випромінювання елемента його незбудженими атомами, які знаходяться у вільному стані, тобто в стані "атомної пари". Внаслідок поглинання кванта світла валентні атоми збуджуються, а резонансне випромінювання, яке проходить крізь "атомну пару", послаблюється. Послаблення світлового потоку відбувається за експоненціальним законом аналогічно закону Ламберта-Бугера у фотометрії:
І=І0·еklС,
де: І - інтенсивність світла, що пройшло крізь атомну пару; І0 - інтенсивність вхідного світлового потоку; k - стала, коефіцієнт поглинання, розрахований на 1 моль речовини; l - товщина шару "атомної пари"; с - концентрація атомів, що поглинають світло. Оптична густина "атомної пари" дорівнює
D ==k·l·с.
При сталій товщині шару "атомної пари" графік залежності D від с є лінійним і проходить через нульову точку. Оскільки більшість атомів речовини в "парі" знаходиться в незбудженому стані, коефіцієнт поглинання k досягає значень 108, що значно перевищує значення молярних коефіцієнтів поглинаннярозчинів (?=105). Таким чином, атомно-абсорбційний аналіз має вищу чутливість, ніж спектрофотометричний і дозволяє визначити значно менші кількості речовин.
Для вимірювання атомного поглинання D необхідно, щоб довжина хвилі максимуму поглинання "атомної пари" точно відповідала довжині хвилі максимуму випромінювання й напівширина лінії поглинання була щонайменше удвічі ширшою за напівширину лінії випромінювання (менше за 0,005 нм). У зв'язку з цим в атомно-абсорбційному аналізі використовують джерела випромінювання світла лінійчатого типу спектра - безелектродні лампи або лампи з порожнистим катодом.
У високочастотних безелектродних лампах за допомогою електричного струму високої частоти створюється сильне електромагнітне поле, в якому в герметичній кварцовій ампулі іони благородного газу (неону чи аргону) атомізують летку сполуку певного елемента й збуджують його атоми, що призводить до випромінювання світла з лініями цього елемента. Для атомізації речовини в рідкому стані використовують різні газові суміші. При температурі газового полум'я речовини розкладаються до атомів, які й поглинають світло, що пропускають крізь полум'я.
Атомно-абсорбційне визначення концентрації іонів металів в розчинах проводили на атомно-абсорбційному спектрофотометрі С-115 М1-П